Investigation of the performances of ceramic micro/ultrafiltration membranes in stable oil in water emulsion purification

Abstract

Increasing water scarcity is an important threat to the whole world. The use of too much water during the production processes and the insufficient level of reuse of this water and the increasing quantities of oil containing waste generated in many industrial activities cause dangerous consequences for the environment. Highly concentrated oil-in-water emulsions are very harmful for aquatic life, soil, atmosphere and human health. Traditional treatment methods are not effective in the removal of emulsified oil droplets which have less than 20 μm of droplet size. Ceramic micro/ultrafiltration membranes have been explored and developed in recent years due to their superior advantages in oil containing water treatment/purification. The aim of this MSc study was to produce tubular ceramic micro/ultrafiltration membranes for the removal of oil from stable oil in water emulsions. The prepared emulsions with about 5-6 μm of droplet sizes were fed to the crossflow filtration system and the effects of experimental parameters such as transmembrane pressure (TMP), crossflow velocity (CFV) and temperature on membrane performance/permeate flux was investigated. Titania, zirconia and neodymium doped polymeric sols were prepared and coated on the MF layer in order to investigate coating/surface modification on probable permeate flux enhancement and separation ability of the membrane. The reduction of the total suspended solid (TSS) and turbidity were determined as 100 %. A stable permeate flux with a lower extent of membrane fouling and concentration polarization was obtained with 1 m/s of CFV and 2 bar of TMP.

Artan su kıtlığı tüm dünya için büyük bir tehlike haline gelmektedir. Özellikle birçok endüstriyel faaliyetlerde, üretim işlemleri sırasında çok fazla su kullanılması, bu suyun yeniden kullanılmaması ve yağ içeren atıklar içermesi çevre için tehlikeli sonuçlar doğurmaktadır. Metal, gıda ve içecek, tekstil ve çelik endüstrileri tarafından üretilen yüksek konsantrasyonlu su içerisinde yağ emülsiyonları yeryüzündeki su kaynaklarının normal oksijen transfer mekanizmasını değiştirdiği için su yaşantısı, toprak, hava ve insan sağlığı için çok zararlıdır. Yerçekimi, yüzeyden sıyırma, flotasyon ve koagulasyon gibi geleneksel arıtma yöntemleri damlacık boyutunun 20 μm’den az olan emülsiyon haline getirilmiş dağ damlacıklarını uzaklaştırmak için etkili değildir. Seramik mikro/ultrafiltrasyon membranları yağ içeren sudaki üstün avantajları nedeniyle son yıllarda araştırılmış ve geliştirilmiştir. Bu yüksek lisans çalışmasının amacı sudan kararlı yağ-su emülsiyonlarını uzaklaştırmak için seramik mikro/ultrafiltrasyon membranlarının üretilmesidir. Tübülar seramik destekler, mikrofiltrasyon (MF) katmanları elde etmek için α-Al2O3 sollerle kaplandı. Ultrafiltrasyon (UF) solleri böhmit tozuyla hazırlandı ve MF membranlar üzerine kaplandı. 5-6 μm yağ damlacıklarından oluşan emülsiyon yüksek süzüntü hızı elde etmek için transmembran basıncı, çapraz akış hızı ve sıcaklık gibi deneysel parametrelerin değiştirilerek incelenmesi için çapraz akışlı filtrasyon sistemine beslendi. Zarın seçici özelliğini değiştirmeden süzüntü hızını artırmak için titania, zirkonya ve neodmiyum katkılı polimerik soller hazırlandı ve MF tabakası üzerine kaplandı. Toplam askıda katı madde (AKM) ve bulanıklık 100% oranında azaltıldı. 1 m/s çapraz akış hızı ve 2 bar tansmembran basıncı membran tıkanıklığı ve konsantrasyon polarizasyonunun az olmasını sağlayarak yüksek ve kararlı süzüntü akısı elde etmeyi sağladı. Yüksek ve kararlı süzüntü akısı elde etmek için en uygun sıcaklık aralığı 35-40 °C olarak bulundu.